SDF模型生成方法: xacro4sdf_人工智能

1. SDF建模简介

在使用Gazebo仿真的时候，需要先对环境和机器人进行建模，而Gazebo仿真建模的标准格式就是SDF（sdformat），ROS中机器人的描述标准格式为URDF，两者均采用xml语言，在一定程度上具有一定相似性，但是是不兼容的。至于SDF与URDF的选择，以及为什么选择SDF，可以参考 小明工坊 的文章，总结的非常好。

而SDF文件采用xml语言编写，直接编写sdf文件非常不友好。

URDF也是采用xml语言编写，但是采用xacro工具，可以定义宏变量与宏模块，然后复用这些变量和宏模块，基于宏的方式的使得编写xml变得相对友好，既减少了代码量，又节省了建模时间。

先编写robot.xacro，然后使用xacro工具，解析生成robot.urdf文件。

不幸的是xacro不支持sdf文件的宏定义的书写，小明工坊 中提到的ERB：模块化生成SDF模型的方法是基于ERB的方案，明显感觉不如xacro使用方便，然后目前网上也没发现有为sdf开发出一个类似于xacro的插件，于是，自己动手，丰衣足食，便由此产生了xacro4sdf插件。

xacro4sdf开源地址：https://github.com/gezp/xacro4sdf

2 xacro4sdf的安装

pip安装方式
```
#install by pip
pip install xacro4sdf
```
源码安装方式
```
# or install from source code
git clone https://github.com/gezp/xacro4sdf.git
cd xacro4sdf && sudo python3 setup.py install
```
3 xacro4sdf的简单介绍

xacro4sdf支持类似于xacro的Properties和Macros的功能，通过定义宏，然后使用宏，极大复用了代码，即减少了代码量，又节省了建模时间。虽然xacro4sdf开发灵感来源于xacro，但是使用API完全不同于xacro，一方面功能相对更加少，不支持block参数等，另一方面使用相对也更加简单。 xacro4sdf支持tag
<xacro_define_property> ：变量定义
<xacro_define_macro> ：宏模块定义
<xacro_macro> ：宏模块使用
<xacro_include_definition> ：引用其他文件中的<xacro_define_property> 和<xacro_define_macro>
<xacro_include_model> ：引用其他文件中的model，即<model>...</model>之间的内容。（不推荐使用）

xacro4sdf支持${xxx}方式的数学表达式

与xacro使用方式类似。

xacro4sdf还提供了一些预定义的宏，可直接使用

<!--macro defination:inertia-->
<xacro_define_macro name="inertia_cylinder" params="m r l">
<xacro_define_macro name="inertia_box" params="m x y z">
<xacro_define_macro name="inertia_sphere" params="m r">
<!--macro defination:geometry-->
<xacro_define_macro name="geometry_cylinder" params="r l">
<xacro_define_macro name="geometry_box" params="x y z">
<xacro_define_macro name="geometry_sphere" params="r">
<xacro_define_macro name="geometry_mesh" params="uri">
<!--macro defination:visual_collision_with_mesh-->
<xacro_define_macro name="visual_collision_with_mesh" params="prefix uri">

4 xacro4sdf的简单使用

首先编写一个sdf.model.xacro文件（必须.xacro结尾）

<?xml version="1.0"?>
<sdf version="1.7">
    <!--definition of property-->
    <xacro_define_property name="h" value="0.2" />
      <xacro_define_property name="mass" value="0.2" />
    <!--definition of macro-->
        <xacro_define_macro macro_name="inertia_box" params="m x y z">
        <mass>${m}</mass>
        <inertia>
            <ixx>${m*(y*y+z*z)/12}</ixx>
            <ixy>0</ixy>
            <ixz>0</ixz>
            <iyy>${m*(x*x+z*z)/12}</iyy>
            <iyz>0</iyz>
            <izz>${m*(x*x+y*y)/12}</izz>
        </inertia>
        </xacro_define_macro>
    <!--rplidar a2-->
    <model name='rplidar_a2'>
        <link name="link">
            <inertial>
                <pose>0 0 0.02 0 0 0</pose>
                <xacro_macro name="inertia_box" m="0.5" x="${h}" y="${h+0.1}" z="${2*h}"/>
            </inertial>
            <collision name="collision">
                <xacro_macro name="geometry_mesh" uri="model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae"/>
            </collision>
            <visual name="visual">
                <xacro_macro name="geometry_mesh" uri="model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae"/>
            </visual>
        </link>
    </model>
</sdf>

其中inertia_box和geometry_mesh 为预定义好的宏，可直接使用，这里重新定义了宏inertia_box ( 即覆盖了预定义的宏，这里只是为了演示<xacro_define_macro>的使用）

使用xacro4sdf进行转化

xacro4sdf model.sdf.xacro

生成的model.sdf结果如下

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!-- =================================================================================== -->
<!-- |    This document was autogenerated by xacro4sdf from model.sdf.xacro            | -->
<!-- |    EDITING THIS FILE BY HAND IS NOT RECOMMENDED                                 | -->
<!-- =================================================================================== -->
<sdf version="1.7">
  <!--definition of property-->
  <!--definition of macro-->
    <!--rplidar a2-->
    <model name="rplidar_a2">
        <link name="link">
            <inertial>
                <pose>0 0 0.02 0 0 0</pose>
                <mass>0.5</mass>
                <inertia>
                    <ixx>0.01041666666666667</ixx>
                    <ixy>0</ixy>
                    <ixz>0</ixz>
                    <iyy>0.008333333333333335</iyy>
                    <iyz>0</iyz>
                    <izz>0.005416666666666668</izz>
                </inertia>
            </inertial>
            <collision name="collision">
                <geometry>
                    <mesh>
                        <uri>model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae</uri>
                    </mesh>
                </geometry>
            </collision>
            <visual name="visual">
                <geometry>
                    <mesh>
                        <uri>model://rplidar_a2/meshes/rplidar_a2.dae</uri>
                    </mesh>
                </geometry>
            </visual>
        </link>
    </model>
</sdf>